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WS-15,中国航空发动机的巅峰之作,“令全世界为之惊叹”!

WS-15,中国航空发动机的巅峰之作,“令全世界为之惊叹”!

  • 分类:新闻中心
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  • 来源:
  • 发布时间:2020-08-28 15:04
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【概要描述】

WS-15,中国航空发动机的巅峰之作,“令全世界为之惊叹”!

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    说起航空发动机的发展,中美曾经最大的差距,是在研发模式上。我国航空发动机的研制,是先飞机后发动机,发动机的研制往往是在飞机研制型号确定后才开始的;而美国是先发动机后飞机,当研制飞机时,早已有了可以选择的发动机。

    可以说,美国的研制模式是符合航空发动机的研制规律的,这是因为航空发动机的研制技术难度要比飞机高得多,研制的时间周期也比飞机长很多。

    两种不同的研发模式,产生的后果是截然不同的。我国往往因为飞机型号的下马,发动机便陷入绝境,最终夭折;相比之下,美国模式要好得多,即使某一两种飞机型号下马,也不能停止发动机的研制投入,日积月累,自然成为发动机强国。

 

    好在我国有关部门认识到了这一重要性,从原先把航空发动机当作飞机的一个重要附属部件进行研制,提高到航空发动机的重要性与飞机并驾齐驱、甚至还要高出一筹。为此,航空发动机部门已从航空部门独立出来,并专门成立航空发动机与燃气轮机重大专项,拨巨款进行研究。所以,我们有理由更乐观地看待我国航空发动机的未来发展。
言归正传,话题回到本文的重点——WS-15发动机。

 

    大家知道,WS-15又叫峨眉,是我国隐身战斗机歼-20的标配发动机,官媒最早公开报道是在2017年,当年525日晚播出的央视《工匠之家》,披露了我国歼-20已经装备了国产发动机,而且节目最后还说,从第三代已成熟的发动机太行系列,跨越式发展到第五代峨眉发动机,令全世界为之惊叹。

    央视连令全世界为之惊叹的字眼都用上了,可见WS-15的性能确实非同一般。

    其实,这次央视报道中提到的第五代峨眉发动机,应该是第四代,即与美国普惠公司研发的F119F135发动机,同属第四代;而之前的美国F110、俄罗斯AL-31,以及我国WS-10,则都属于第三代。

 

    关于我国WS-15与美国F119F135发动机的性能,军事专家宋心之老师曾经绘制过一个表格。从上表的数据看,WS-15的加力推力和推重比已经与F119的量产型、F135 的原型在同一水平上,但与F119 的改进型、F135的量产型还有差距。

       F119的军用推力与加力推力的比值约为0.67F135的相应比值在0.6-0.64之间,WS-15的比值在0.57-0.64之间,似乎装WS-15的歼-20战机,超巡能力未必好于F-22F-35。实际上由于歼-20全机细长又采用鸭式布局,气动特性上跨声速阻力更小,超声速巡航升阻比更高。按照歼-20飞行员的反映,战机超声速飞行的特性十分出色,很大程度是由于歼-20气动外形设计优秀导致的。

 

    再看三种航发的涵道比,F135的涵道比是F119WS-15的一倍还多。这反映出F135外涵道流量更大,航发直径更粗,其好处是更加省油,坏处是阻力更大,高空推力下降更多,对实现超声速巡航和高机动都不利。从这一点看,F-35更适合作为攻击机使用,并不适合做制空战斗机。

    最后再来看一下涡轮前温度。涡轮前温度是航空发动机先进程度的一个重要指标,在航空发动机涡轮和风扇设计水平相同的前提下,涡轮前温度每提高100°K,推力增加15%。可见涡轮前温度与发动机推力有很大关系。

 

       F119航发的涡轮前温度达到了1977K,估计F135航发的涡轮前温度与其在同一水平。WS-15的涡轮前温度大约是1850-1925K,已经接近了美国两种四代航发的水平,但比其低了约50-100K。这说明美国四代航发的热效率更高,使用的耐热材料更好,热部件散热处理更先进。WS-15的涡轮前温度尽管已经有了大幅度提升,但与最先进水平还有差距,说明我们在耐热材料和散热技术方面还要继续努力。

    不过,F119也是分三级跳才实现了17.4吨的最大推力。一开始其试验推力只有14.5吨;第二阶段放宽到15.6吨;最后才到17.4吨。也就是不断对涡轮前最高温度加码,达到增推的目的。而WS15由于研发时间更晚,更多地运用到了成熟的粉末涡轮盘和单晶叶片技术。

    尤其是6.5万吨级的模锻设备在全球排名第一。因此其涡轮盘和叶片可以长期承受更高的温度。其少量下线的第一批加力推力已经可以达到16.2吨级,超过了F119发动机第二装机批次的水平。现在第4批次可能已下线并装机试飞,已看齐F119增推版约18吨级推力。批量装机歼-20后,必然登峰造极!

 

    也就是说,WS15的后续批次性能已经开始比肩美国的F119,再说当今新技术日新月异,我们今后弯道超车是完全有可能的。所以,最后再提一下我国的一项新型技术,即等离子体流动控制,这一技术被美国航空航天学会列为10项航空前沿技术之一。

    据中国科学院院士李应红透露,我国在等离子体流动控制领域取得巨大进展。对于航空发动机而言,等离子体流动控制可以预防最要命的喘振,以免发动机空中停车。其实,等离子体流动控制早已被一些航空强国在研制和应用,但最主要的问题是,只能在低速下起作用,高速流场则不行。因为它对流场产生的扰动太小,在低速时有效,在高速下由于动量比较大,把激励扰动淹没了,干扰不了流场。

 

    为此,我国成立专项,解决等离子体流动控制怎么在高速流场下起作用。最终研究出在高速流场下产生有效激励的放电方式。基本原理就是脉冲放电,在很短的时间内产生很强的扰动,局部产生强烈的冲击波,即冲击波激励,但由于是脉冲的,平均功耗并不是很大,这样把等离子体流动控制从低速做到了高速。通过流动控制对流场进行控制,不仅可以扩大发动机的稳定裕度,还可以提升飞机气动性能。

    当然,到目前为止,飞机和发动机等离子体流动控制还是处于实验室阶段,离实际使用还有距离,不过,我们有理由相信,我国一定会在该领域取得更大的突破。

 

    相比传统的航空发动机技术,在等离子体流动控制领域我国与世界航空强国几乎同时起步,不存在任何差距,而且我们还有领跑的优势。

    我国未来的航空发动机,值得期待!

本文来源:机械知网

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